题目内容
【题目】下面是某科研小组利用废铁屑还原浸出软锰矿(主要成分为MnO2)制备硫酸锰及电解其溶液制锰的工艺流程图:
已知:①浸出液中主要含有Fe3+、Fe2+、Co2+、Ni2+等杂质金属离子；
②生成氢氧化物的pH见下表:
物质 | Fe(OH)2 | Fe(OH)3 | Ni(OH)2 | Co(OH)2 | Mn(OH)2 |
开始沉淀pH | 7.5 | 2.7 | 7.7 | 7.6 | 8.3 |
完全沉淀pH | 9.7 | 3.7 | 8.4 | 8.2 | 9.8 |
请回答下列问题:
（1）“酸浸”前将原料粉碎的目的是______________。
（2）流程图中“①加入MnO2”的作用是将浸出液中的Fe2+氧化为Fe3+，同时自身被还原为Mn2+。该反应的离子方程式是_________，其中的MnO2可以用试剂_____(填化学式)代替。
（3）流程图中“②调节pH”可以除去某种金属离子，应将溶液pH调节控制的范围是_________下列可用于流程中调节pH的试剂是__________(填试剂对应的字母编号)。
a.MnCO3 b.Na2CO3 C.NaOH d.氨水
（4）向滤液I中加人MnS的作用是除去Co2+、Ni2+等离子，发生反应为MnS+Ni2+=NiS+Mn2+等。当该反应完全后，滤液2中的Mn2+与Ni2+离子的物质的量浓度之比是_______[已知Ksp(MnS)=2.8×10-10，Ksp(NiS)=2.0×10-21]。
（5）上述流程中，能循环使用的一种物质是___________(填化学式)。
（6）上述流程中在电解前需对电解液中Mn2+的含量进行测定。方法是:取出一定体积的电解液，加入一定质量的NaBiO3(不溶于水)，使二者发生反应，反应的氧化产物和还原产物分别是MnO4-、Bi3+。该反应的离子方程式是_______________。
（7）在适当条件下，在MnSO4=H2SO4+H2O为体系的电解液中电解也可获得MnO2，其阳极电极反应式为________________。
【答案】 增大反应物的接触面积，加快反应速率 MnO2 + 2Fe2+ + 4H+ == Mn2+ + 2Fe3+ + 2H2O H2O2 3.7——7.6 a 1.4×1011 H2SO4 2Mn2+ + 5NaBiO3 + 14H+ == 2MnO4- +5Bi3+ + 5Na+ + 7H2O Mn2+ + 2H2O -2e- == MnO2 + 4H+
【解析】用软锰矿还原酸浸制取硫酸锰电解液并进一步提炼金属锰，软锰矿和废铁屑加入过量硫酸浸出，过滤，浸出液中主要含有Fe3＋、Fe2＋、Co2＋、Ni2＋等金属离子，加入MnO2的作用是将浸出液中的Fe2＋氧化为Fe3＋，同时自身被还原为Mn2＋，加入氨水调节溶液的pH以除去铁离子，过滤后的滤液中加入MnS净化除去Co2＋、Ni2＋等，过滤得到滤液电解得到金属锰和阳极液，阳极液循环使用，滤渣2为MnS、CoS、NiS，
（1）“酸浸”前将原料粉碎的目的是增大反应物的接触面积，加快反应速率；（2）流程图中“①加入MnO2”的作用是将浸出液中的Fe2+氧化为Fe3+，同时自身被还原为Mn2+。该反应的离子方程式是MnO2 + 2Fe2+ + 4H+ == Mn2+ + 2Fe3+ + 2H2O，其中的MnO2作氧化剂，可以用试剂H2O2代替。（3）流程图中“②调节pH”可以除去铁离子，应将溶液pH调节控制的范围是3.7——7.6，促进铁离子水解a.MnCO3，能与H+反应，不引入杂质，故A正确； b.Na2CO3 ，引入钠离子，故不选；C.NaOH引入钠离子，故不选； d.氨水，引入铵根离子，可用于流程中调节pH的试剂是a.（4）根据沉淀转化的方程式：MnS+Ni2+=NiS+Mn2+，Mn2+与Ni2+离子的物质的量浓度之比=c(Mn2＋):c(Ni2+)=Ksp(MnS)：Ksp(NiS)=2.8×10-10：2.0×10-21=1.4×1011；（5）上述工艺中，能循环使用的一种物质是电解过程中阳极液含的硫酸；（6）电解液中Mn2＋具有还原性，加入一定质量的NaBiO3（不溶于水），使二者发生反应，反应的氧化产物和还原产物分别是MnO4－、Bi3＋。反应的离子方程式是5NaBiO3+2Mn2＋+14H＋═5Bi3＋+2MnO4+5Na＋+7H2O；（7）在适当条件下，在MnSO4电解在阳极失去电子获得MnO2，其阳极电极反应式为Mn2+ + 2H2O -2e- == MnO2 + 4H+。
